какая главная особенность rs триггера
RS-триггер и его принцип работы
В любой электронный прибор заложена возможность управления встроенной функциональностью и ее взаимодействие со смежными системами.
Статья подробно раскроет тему, что такое RS-триггер. Будет дана информация о назначении этого элемента, разновидностях и принципах действия.
Назначение
Основным назначением RS-триггеров является запись и хранение полученной информации. RS-триггер может легко оперировать данными и использовать их для периодического изменения общего состояния принципиальной схемы. Например, элемент может использоваться для включения определенных функций в электронной схеме.
Принцип работы
Простой RS-триггер использует особый принцип работы, основанный на получении входных сигналов, которые в зависимости от поставленной задачи изменяют состояние выходов устройства. При входе сигнала на основной блок, на выходах происходит скачкообразное изменение напряжения, вследствие чего осуществляется управление поставленной задачей.
Логическое электронное устройство состоит из нескольких активных входных и выходных контактов. Рассмотрим эти контакты:
Далее рассмотрим, как работает простой RS-элемент.
Принцип работы простого RS-триггера невозможен без выходов. Они имеют такие обозначения:
Самый первым был сделан триггер на транзисторах. Современные логические элементы сильно минимизированы, поэтому в основе всех таких устройств обязательно лежит микросхема. Такие устройства не подвержены воздействию помех, имеют низкий процент метастабильности, немного больше памяти и более широкие возможности для использования.
Транзисторные модели надежнее, но их основные недостатки: размер, наличие множества компонентов. Для увеличения памяти такие элементы подключаются параллельно в схему.
Разновидности
Набор функциональности и задач, которые выполняются современными логическим устройствами, требует их постоянной модификации. Далее будет дано описание существующих разновидностей RS-устройств.
Синхронный триггер
Синхронные триггеры относятся к сложным логическим устройствам. Синхронные RS-элементы отличаются от своих простых аналогов наличием синхронизирующего входного контакта «С», необходимого для улучшения логической работы.
Синхронный RS-триггер намного сложнее, так как схема принимает сигнал на контакт «С» в виде высокого напряжения. Сигнал синхронизируется, считывается входами «R»/«S» и только после этого создается переключение к выходам «Q». Принципиальная схема с входом «С» синхронного RS-триггера может дополняться обозначением «Clock», что означает «такт». Иными словами, синхронный элемент — это тактируемый точный RS триггер.
Синхронный триггер имеет очень важное назначение. Он нашел применение в цепях, где используется защита от электромагнитных помех.
Далее будет приведена таблица истинности простого синхронного RS-триггера. Графическое изображение диаграммы синхронизации сигналов приведена ниже.
Благодаря таблице можно проследить зависимость значений выхода от состояния входов.
Асинхронный триггер
Асинхронный RS-элемент можно отнести к самым простым логическим устройствам. Их главное отличие заключается в отсутствии сигнала синхронизации. Как работает асинхронный RS-триггер, можно понять по его схеме. Принцип работы следующий:
На момент установки сигнала схема будет находиться во включенном состоянии, например, будет запущен электродвигатель.
После того как функция переключается на сброс, подается напряжение на логический вход «R». При этом с прямого входа «Q» снимается напряжение (0) и подается на инвертированный выход «Q¯». На нем устанавливается высокое напряжение, например, происходит выключение электродвигателя.
Подобное простое сочетание и переключение напряжения с входных сигналов, используется для обеспечения работы более сложных триггеров или схем автоматического управления. Синхронный тип элемента относится к нетактируемым устройствам.
Для прослеживания принципа работы используется таблица истинности асинхронного RS-триггера. Она показана ниже.
Для асинхронных триггеров существует ряд измененных схем работы. Можно реализовать RS-триггер на буквенных логических элементах «ИЛИ-НЕ» и «И-НЕ».
В схеме RS-триггера на логических элементах «И-НЕ» осуществляется работа за счет перехода 1 с входа к выходу (R 1 прямой на Q) или наоборот (S 0 инверсный к Q¯). Весь принцип управления этой цепи осуществляется за счет положительного входа и высокого напряжения.
Цепь ИЛИ-НЕ полностью идентична. Основное отличие заключается только в подаче 0 и низкого напряжения к входному контакту. Любое нарушение закономерности этих схем приводит общую цепь к уровню запрещенного состояния, чего можно достичь только при неправильном подключении или ошибки управления. Далее будут представлены УГО триггера на логических элементах И-НЕ и ИЛИ-НЕ.
RS-триггер с активными инверсными выходами сильно зависим от работоспособности и скачков напряжения. Его правильная эксплуатация осуществляется с использованием устройств защиты.
D-триггер
Синхронные и асинхронные элементы относятся к типу статических устройств. D-триггер — это динамическое устройство. Динамический элемент более простой. Отличается от ранее описанных отсутствием входных контактов «S» и «R». Вместо них присутствует вход «D».
Принцип работы зависит от фронта сигнала. Фронт осуществляет переход от логического числа 1 к числу 0 и наоборот. Переход 0-1 называется передним, 1-0 задним фронтом. Динамические триггеры часто оснащаются дополнительным входом «V» (подтверждение). Он необходим для задерживания сигнала, поступающего на D вход. Может быть реализован в качестве таймера. Для более стабильной работы D-триггера, часто устанавливается первичное устройство с входом «V», которое помогает сгладить время возникшей метастабильности, а так же защищает цепь от возникновения ошибки при переходе.
Динамические устройства используются в вычислительной технике и простой автоматике в качестве дополнения к синхронным триггерам (дополнительная ячейка). УГО схемы работы устройства представлено ниже.
JK-триггер
Это универсальный простой триггер. Этот элемент имеет рабочие входы «J» и «K». По принципу работы и построению схож с асинхронной моделью. Отличается только логической цепью работы. Логическая 1 на выходе поступает с входа «J». При этом логический 0 на выходе «K» осуществляется за счет появления на входе высокого напряжения, а значит логической 1. Иными словами, на обоих входных контактах может одновременно быть высокое напряжение в виде логической 1.
Одновременно две логические 1 не приводят общую цепь в запрещенное состояние. Если запрещенная комбинация приводит к общей нестабильности цепи, один из выходов просто меняет свое положение с 0 на 1 или наоборот. Для стабилизации запрещенного сочетания, если оно необходимо практически, используется дополнительный триггер синхронного типа. Такие модели устройств могут использоваться для одновременного включения 2 функций одного устройства.
Метастабильность
Работоспособность триггеров строится на точности перехода от логических параметров 1 и 0. Устройство способно работать в одном состоянии 0 или 1. При этом переход от логических величин осуществляется без задержки в заданное время. Переход зависит от смены напряжения на входах элемента.
Основная проблема устройств кроется в эффекте метастабильности. Это состояние, при котором сигнал попадает на контакт входа в момент перехода из одного состояния в другое. В такие моменты напряжение находится между переходами. Это может привести:
Метастабильность можно представить, как шарик, установленный в верхней точке холма. В момент перехода из логического состояния, шарик (напряжение) переходит в одну из сторон согласно схеме. При метастабильности шарик (напряжение) замедляет переход. Этот эффект зависит от шумов цепи, высокого электромагнитного потока и скачков напряжения.
Данный эффект сильно зависим от временного интервала перехода. Также существует погрешность нахождения триггера в состоянии метастабильности. Для снижения данного эффекта инженеры вносят в схему 2 устройства, подключенных параллельно. Такая цепь позволяет снизить возможность появления метастабильности, уменьшить время нахождения цепи в этом состоянии. Так же 2 триггера в цепи значительно увеличивают время перехода, снижают зависимость от частотных и электромагнитных влияний.
Использование
Все выше описанные разновидности триггеров используются только в простейших электронных схемах контроля. Способность устройств к синхронизации и удерживанию сигнала используется в технике для взаимодействия с простейшими таймерами. Большая доля использования приходится для стабилизации работы механических кнопок и клавиш. Эти устройства испытывают эффект дребезга контактов. Например, при включении электрических двигателей. Дребезг контактов становится причиной появления сигналов с высокой частотой взаимодействия. Триггеры выравнивают и сглаживают этот эффект.
В персональных компьютерах простые триггеры не используются. Причина заключается в малом операционном объеме памяти. Устройство обладает только ячейкой емкостью 1 бит, что очень мало для сложной вычислительной техники.
Заключение
Триггер — очень нужный элемент в схеме автоматического управления. Такие логические устройства способны управлять функциональностью сложного электронного оборудования. Обладая маленькой памятью, они могут контролировать рабочее состояние аппаратуры, моменты включения и выключения, перераспределять логические задачи в приборах, работающих с высокочастотными сигналами, применяться в составе цифровых фильтров.
Видео по теме
Rs триггер принцип работы
RS-триггер представляет собой простейший управляющий автомат, реализованный обычно в виде цифровой электронной схемы, относящийся к классу последовательностных схем. Как известно, в цифровой схемотехнике к функциональным устройствам последовательностного типа относятся регистры, счетчики, генераторы чисел и управляющие автоматы, включая триггеры разных видов.
Место триггеров в цифровой схемотехнике
В отличие от комбинационных логических схем, которые изменяют состояние в зависимости от фактических сигналов, поданных на их входы в определенное время, последовательностные логические имеют некоторую форму присущей им встроенной «памяти», так что они могут учитывать как предыдущее, так и фактическое состояние их входов и выходов. Общая структурная схема последовательностного устройства показана ниже.
Классификация
Если стандартные логические элементы являются строительными блоками комбинационных схем, бистабильные схемы, включая и RS-триггер, являются основными компонентами построения последовательностных логических устройств, таких, как регистры хранения данных, регистры сдвига, устройства памяти или счетчики. В любом случае рассматриваемые триггеры (разумеется, как и все последовательностные схемы) могут быть выполнены в виде следующих основных типов:
1. Асинхронный RS-триггер – схема, которая изменяет состояние сразу при изменении входных сигналов. Для рассматриваемого типа устройств ими являются сигналы на информационных входах R (сброс) и S (установка). Согласно установившейся практике, соответствующие входы называют так же, как и сигналы на них.
2. Синхронный RS-триггер, управляемый статически, работа которого синхронизирована с уровнем определенного тактового сигнала.
3. Триггер по п.2 с динамическим управлением, работа которого синхронизирована с моментами появления фронтов (или спадов) тактового сигнала.
Таким образом, если изменения состояния выходов происходят только при наличии тактового сигнала, который подается на отдельный тактовый вход C, то триггер является синхронным. В противном случае схема считается асинхронной. Чтобы сохранить свое текущее состояние, последовательностные схемы используют обратную связь, т. е. передачу части выходного сигнала на ее вход.
RS-триггер на логических элементах
Простейший способ его сделать – соединить вместе пару двухвходовых логических элементов И-НЕ. При этом обратная связь с выхода одного элемента подается на вход другого (см. схему ниже).
Как правило, в данной схеме входные сигналы показывают инверсными (с верхним подчеркиванием), хотя в дальнейшем при анализе работы используют обозначения прямых (неинвертированных) входов. Это сильно затрудняет понимание логики работы триггера. Поэтому мы не будем вводить инвертирование входов на этапе рассмотрения работы схемы на элементах И-НЕ, а учтем это в дальнейшем при ее модификации.
Сколько входов и выходов имеет RS-триггер? Из схемы выше видно, что он содержит S-вход и R-вход, которые служат, соответственно, для установки и сброса схемы, а также прямой Q и инверсный Q̃ выходы. Но данный простейший триггер относится к виду асинхронных, его условное обозначение показано ниже.
В синхронном устройстве имеется еще и вход C для тактовых импульсов.
Состояние «Установлен»
Рассмотрим, как происходит работа RS-триггера в этом состоянии, задаваемом значениями R = 0 и S = 1. Поскольку на вход R элемента И-НЕ Y подан уровень 0, то Q̃ =1 (логика И-НЕ). С выхода Y сигнал Q̃ также подан обратно на элемент X (вход “A”). Поскольку S = A = 1, то Q = 0.
Если устанавливается R = 1, а вход S по-прежнему равен 1, то на входах Y имеем B = 0 и R = 1, а его выход Q̃ =1, т. е. он не изменился. Итак, если S = 1, то RS-схема триггера «защелкивается» в состоянии «Установлен» Q = 0 и Q̃ = 1, а смена сигнала R его не изменяет.
Состояние «Сброшен»
В этом втором устойчивом состоянии Q̃ = 0, а Q = 1, и задается оно входами R = 1 и S = 0. Поскольку у элемента Х вход S = 0, то его выход Q =1 (логика И-НЕ). Сигнал Q подается обратно на элемент Y (вход “В”), и так как R = B = 1, то Q̃ = 0.
Если S становится равен 1 при R = 1, то Q̃ остается равен лог 0, т. е. он не изменяется. Итак, при R =1 схема триггера снова «защелкивается» в состоянии «Сброшен» Q̃ = 0 и Q = 1, сохраняемом при любом сигнале S.
Сводим результаты в таблицу
Мы можем определить состояние сигналов Q и Q̃ по следующей таблице истинности:
RS-триггеры
Логические устройства вычислительной техники
Что же такое RS-триггеры? В моем понимании — это устройства, которые могут принимать одно из двух состояний. На основании этого можно сделать вывод, что этот логический элемент может хранить один бит информации (грубо говоря, ноль или единицу). Существуют некоторые типы данного вида RS-триггеров. Давайте рассмотрим один из них:
Асинхронный RS-триггер
Итак, разберем принцип работы RS-триггера на базе элементов “2ИЛИ-НЕ”. В начальном положении, когда на R и S отсутствуют сигналы (логический “0”), на выходе “Q” присутствует также “0” или “1” – это исходное состояние. Выглядит это так:
Далее подадим на “S” логическуюединицу и получим на выходе “Q” также единицу. Будет выглядеть это так.
Следующим шагом подадим логическую единицу на “R” и уже на “Q” получим “0”. Изобразим это на рисунке.
Более наглядную работу RS-триггера на элементах 2ИЛИ-НЕ можно продемонстрировать, изобразив таблицу истинности. Вот так она выглядит.
Сейчас рассмотрим работу на элементах 2И-НЕ. Выглядит она аналогично, как и на элементах 2ИЛИ-НЕ с той лишь разницей, что активным уровнем является не “1”как в предыдущем случае, а “0”. Убедимся в этом, используя рисунок и таблицу истинности.
Асинхронным триггерам свойственно такое явление как присутствие “гонок”, что это? Это не одновременное или даже не согласованное по времени поступление информации на входы. Это приводит к наложению одного сигнала на другой. Чем это вызвано? А вызвано это разным временем быстродействия элементов, через которые проходит сигнал, прежде чем попасть на входы триггера, в данном случае на “R” или “S”. Покажем это явление на диаграмме.
Чтобы избавиться от этого явления, был придуман вариант подачи синхросигнала и асинхронный триггер превратился в синхронный.
Синхронные RS–триггеры
Этот вид логического устройства отличается от рассмотренного выше тем, что у него помимо входов “R” и “S” присутствует и третий “C”, на который подаются синхроимпульсы. Без этих импульсов информация на “R” и ”S” восприниматься не будет. Схему синхронного RS–триггера и диаграмму работы изобразим графически.
Из диаграммы видно, что в данном случае срабатывание происходит по переднему фронту (но бывает и по спаду) синхроимпульса.
Передний фронт синхроимпульса – это участок прямоугольного импульса, где происходит его возрастание.
Спад синхроимпульса – это участок спада синхроимпульса.
Именно здесь сделаем небольшое отступление и укажем, что бывают триггеры динамические и статические и соответственно со статическим и динамическим управлением. Чем они отличаются? Объясним максимально просто.
Динамические триггеры – на выходах, которых присутствуют либо непрерывная последовательность импульсов определенной частоты, либо ее отсутствие. (Напоминает управляемый генератор).
Статические триггеры– на выходах которых присутствуют неизменный уровень напряжения, либо его отсутствие.
Со статическим управлением – восприятие сигналов на информационных входах происходит только при подаче на “С” логической единицы (логического нуля).
С динамическим управлением – восприятие сигналов на информационных входах происходят в моменты перепада сигнала на “С”(Передний фронт синхроимпульса или спад синхроимпульса).
Если логические функции входов зависят от его выходов, то целесообразно использовать более рациональную конструкцию элементов.
Логические триггеры: схемы, классификация, устройство, назначение, применение
Триггер — простейшее последовательностное устройство, которое может находиться в одном из двух возможных состояний и переходить из одного состояния в другое под воздействием входных сигналов. Триггер является базовым элементом последовательностных логических устройств. Входы триггера разделяют на информационные и управляющие (вспомогательные). Это разделение в значительной степени условно. Информационные входы используются для управления состоянием триггера. Управляющие входы обычно используются для предварительной установки триггера в некоторое состояние и для синхронизации.
Триггеры классифицируют по различным признакам, поэтому существует достаточно большое число классификаций. К сожалению, эти классификации не образуют стройной системы, но инженеру необходимо их знать.
Классификация триггеров:
● способу приема информации;
Различают асинхронные и синхронные триггеры.
Асинхронный триггер — изменяет свое состояние непосредственно в момент появления соответствующего информационного сигнала.
Синхронные триггеры — реагируют на информационные сигналы только при наличии соответствующего сигнала на так называемом входе синхронизации C (от англ. clock). Этот вход также обозначают терминами «строб», «такт».
Синхронные триггеры в свою очередь подразделяют на триггеры со статическим (статические) и динамическим (динамические) управлением по входу синхронизации C. Статические триггеры воспринимают информационные сигналы при подаче на вход C логической единицы (прямой вход) или логического нуля (инверсный вход). Динамические триггеры воспринимают информационные сигналы при изменении (перепаде) сигнала на входе C от 0 к 1 (прямой динамический С-вход) или от 1 к 0 (инверсный динамический С-вход).
Статические триггеры в свою очередь подразделяют на одноступенчатые (однотактные) и двухступенчатые (двухтактные). В одноступенчатом триггере имеется одна ступень запоминания информации, а в двухступенчатом — две такие ступени. Вначале информация записывается в первую ступень, а затем переписывается во вторую и появляется на выходе. Двухступенчатый триггер обозначают через ТТ.
Различие триггеров по функциональным возможностям
● с раздельной установкой состояния 0 и 1 (RS-триггеры);
● с приемом информации по одному входу D (D-триггеры, или триггеры задержки);
● со счетным входом Т (Т-триггеры).
Входы триггеров обычно обозначают следующим образом:
S — вход для установки в состояние «1»;
R — вход для установки в состояние «0»;
J — вход для установки в состояние «1» в универсальном триггере;
К — вход для установки в состояние «0» в универсальном триггере;
Т — счетный (общий) вход;
D — вход для установки в состояние «1» или в состояние «0»;
V — дополнительный управляющий вход для разрешения приема информации (иногда используют букву Е вместо V).
Рассмотрим некоторые типы триггеров и их реализацию на логических элементах.
Асинхронный RS-триггер
Обратимся к асинхронному RS-триггеру, имеющему условное графическое обозначение, приведенное на рис. 3.54.
Закон функционирования триггеров удобно описывать таблицей переходов, которую иногда также называют таблицей истинности (рис. 3.55). Через S’, R’, Q’ обозначены соответствующие логические сигналы, имеющие место в некоторый момент времени t, а через Qt + 1 — выходной сигнал в следующий момент времени t+1. Комбинацию входных сигналов S’ = l, R’ =1 часто называют запрещенной, так как после нее триггер оказывается в состоянии (1 или 0), предсказать которое заранее невозможно. Подобных ситуаций нужно избегать.
Рассматриваемый триггер может быть реализован на двух элементах ИЛИ-НЕ (рис. 3.56).
Необходимо убедиться, что эта схема функционирует в полном соответствии с приведенной выше таблицей переходов.
Микросхема К564ТР2 содержит 4 асинхронных RS-триггера и один управляющий вход (рис. 3.57).
При подаче на вход V низкого уровня выходы триггеров отключаются от выводов микросхем и переходят в третье так называемое высокоимпедансное состояние. При подаче на вход V логического сигнала «1» триггеры работают в соответствии с вышеприведенной таблицей переходов.
В асинхронном RS-триггере на элементах И-НЕ переключение производится логическим «0», подаваемым на вход R или S, т. е. реализуется обратная рассмотренной ранее таблица переходов (рис. 3.58). Запрещенная комбинация соответствует логическим «0» на обоих входах.
Синхронный RS-триггер
Рассмотрим синхронный RS-триггер (рис. 3.59).
Если на входе С — логический «0», то и на выходе верхнего входного элемента «И-НЕ», и на выходе нижнего будет логическая «1». А это, как отмечалось выше, обеспечивает хранение информации. Таким образом, если на входе С — логический «0», то воздействие на входы R, S не приводит к изменению состояния триггера. Если же на вход синхронизации С подана логическая единица, то схема реагирует на входные сигналы точно так же, как и рассмотренная ранее (рис. 3.56).
Триггер типа MS
Рассмотрим принцип построения двухступенчатого триггера, который называют также триггером типа MS (от англ. master, slave, что переводят обычно как «ведущий» и «ведомый»). Его упрощенная структурная схема приведена на рис. 3.60. В схеме имеются два одноступенчатых триггера (ведущий М и ведомый S) и два электронных ключа (Кл1 и Кл2).
Временная диаграмма сигнала синхронизации, поясняющая работу триггера, приведена на рис. 3.61.
Рассмотрим ряд временных интервалов указанной диаграммы: